無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

摘要：電力傳輸系統(tǒng)中，發(fā)電廠、變電站的高壓開關(guān)柜起著關(guān)鍵性的作用，隨著電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，高壓開關(guān)柜也得到廣泛的使用。溫度是表征開關(guān)柜運(yùn)行正常的一個(gè)重要參數(shù)，在使用開關(guān)柜的過(guò)程中，普遍存在開關(guān)柜內(nèi)部過(guò)熱現(xiàn)象，并且由于高壓開關(guān)柜的密閉性，在負(fù)荷較重的地區(qū)，引發(fā)開關(guān)柜的溫升超標(biāo)現(xiàn)象。開關(guān)柜設(shè)備長(zhǎng)期的超溫運(yùn)行，會(huì)降低設(shè)備的性能及使用壽命，引發(fā)設(shè)備故障，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，甚至引起電氣火災(zāi)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。高壓開關(guān)柜的溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來(lái)越得到用戶的認(rèn)可和重視，目前感應(yīng)取電無(wú)源無(wú)線溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜上得到廣泛應(yīng)用，無(wú)源無(wú)線測(cè)溫傳感器安裝維護(hù)方便，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)在線，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工定期巡檢的方式，發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的溫度異常，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：無(wú)源無(wú)線傳感器；高壓柜測(cè)溫；電氣接點(diǎn)測(cè)溫；測(cè)溫系統(tǒng)

概述：無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主要由設(shè)備層的無(wú)源無(wú)線溫度傳感器和溫度顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)高壓柜關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。

1、無(wú)源無(wú)線傳感器的設(shè)計(jì)依據(jù)

    無(wú)源無(wú)線傳感器的取電應(yīng)用法拉第電磁定律，充分利用高壓開關(guān)柜內(nèi)三相母線電流產(chǎn)生的大量電磁能，根據(jù)電流互感器模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。高壓母線作為取電互感器的一次側(cè)線圈，取電線圈作為取電互感器的二次側(cè)線圈，組成取電電路。 取電電路關(guān)鍵在于導(dǎo)磁材料的選擇，電路選擇了1J85型坡莫合金帶，坡莫合金帶是一款高導(dǎo)磁合金材料， 其特點(diǎn)是高初始磁導(dǎo)率，高磁感，低損耗，縮小了磁性元件的體積，此外合金帶在潮濕的環(huán)境中耐腐蝕性強(qiáng)。

2、無(wú)源無(wú)線傳感器的硬件設(shè)計(jì)

    無(wú)源無(wú)線傳感器的硬件電路主要包括電源模塊，處理單元，射頻模塊，測(cè)溫模塊。

    電源模塊為整個(gè)電路板供電，由電磁線圈取電后的鉗位保護(hù)電路，整流電路，電壓檢測(cè)，線性穩(wěn)壓器，儲(chǔ)能電容組成。為了縮小產(chǎn)品的整個(gè)尺寸，處理單元和射頻模塊采用集成MCU單元和射頻單元的低功耗無(wú)線單片機(jī)，此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了整個(gè)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜性，又實(shí)現(xiàn)了電路尺寸50%以上的縮減。測(cè)溫模塊采用數(shù)字式溫度傳感器，傳感器具有低功耗，數(shù)字通信穩(wěn)定的特點(diǎn)。

3、無(wú)源無(wú)線傳感器的軟件設(shè)計(jì)

    無(wú)源無(wú)線傳感器的軟件采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，編程需要注意規(guī)范，代碼簡(jiǎn)潔易讀，傳感器為低功耗設(shè)計(jì)，需要控制好整個(gè)電路系統(tǒng)的功耗，及時(shí)對(duì)單片機(jī)和外設(shè)進(jìn)行休眠或電源關(guān)斷，使得系統(tǒng)空閑時(shí)電流消耗不超過(guò)2uA。

    為了保障傳感器系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要正確配置單片機(jī)的看門狗，保證不會(huì)出現(xiàn)傳感器死機(jī)的情況。此外還要防止傳感器通信碰撞，提高通信抗干擾性能，采用隨機(jī)延時(shí)的算法進(jìn)行溫度上報(bào)，并對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，濾除異常數(shù)據(jù)。

4、無(wú)源無(wú)線傳感器的主要性能與安裝

    按照以上的原理和方法設(shè)計(jì)出的無(wú)源無(wú)線測(cè)溫傳感器ATE400，可在一次回路電流在5~5000A范圍內(nèi)取電工作，每15秒進(jìn)行一次測(cè)量發(fā)熱點(diǎn)溫度并無(wú)線上傳至柜面安裝的顯示單元。傳感器溫度測(cè)量范圍為-50℃~+125℃，精度高達(dá)±1℃，測(cè)溫分辨率0.1℃，體積小巧，安裝方便，抗干擾性能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于高壓柜電氣接頭測(cè)溫。

圖1 高壓柜靜觸頭溫度監(jiān)測(cè)

圖2 高壓柜電纜頭溫度監(jiān)測(cè)

5、無(wú)線測(cè)溫接收裝置主要功能

 無(wú)源無(wú)線傳感器通過(guò)無(wú)線射頻方式將采集到的電氣溫度傳輸至無(wú)線測(cè)溫接收顯示單元ARTM-Pn。顯示單元可無(wú)接收多達(dá)60個(gè)ATE400傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器和顯示單元之間通過(guò)數(shù)字ID進(jìn)行識(shí)別，準(zhǔn)確定位每個(gè)電氣發(fā)熱點(diǎn)的溫度。顯示單元嵌入式安裝在高壓柜面，實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)溫度，并且可以根據(jù)用戶設(shè)定預(yù)警、報(bào)警溫度值，實(shí)現(xiàn)高溫預(yù)警、超溫告警、相間溫差報(bào)警、溫度突變量告警等功能，裝置可存儲(chǔ)120條帶有時(shí)標(biāo)的告警記錄，同時(shí)告警時(shí)繼電器出口可以控制聲光報(bào)警器，幫助用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，盡快分析查找設(shè)備故障原因，恢復(fù)正常供電。此外顯示單元還可以選擇電參量測(cè)量功能，測(cè)量數(shù)據(jù)包括電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電能等，精度高達(dá)0.5級(jí)。顯示單元所有測(cè)量數(shù)據(jù)都可以通過(guò)485接口及標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU協(xié)議接入邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳至無(wú)線測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)。

6、無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的功能及界面

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下功能：

溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

7、總結(jié)語(yǔ)

    無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，解決了長(zhǎng)期以來(lái)高壓開關(guān)柜需要人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，開關(guān)柜內(nèi)部溫度無(wú)法測(cè)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)困難等問題，大大減少了設(shè)備檢修預(yù)試停電次數(shù)和時(shí)間，減輕了日常巡檢的工作量，提高人員工作安全性。無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各關(guān)鍵點(diǎn)部位的溫度異常狀況，避免連接部位老化或接觸電阻過(guò)大而產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，為電力安全生產(chǎn)和供電提供了有力保證，提高了設(shè)備的智能性。

參考文獻(xiàn)：

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